RELAP5計算低壓自然循環(huán)流動適用性驗證與分析.pdf

1、核電站第三代核電技術廣泛采用了非能動安全系統(tǒng)，自然循環(huán)作為實現系統(tǒng)安全特性的重要物理機制，其研究受到了越來越多的關注。然而自然循環(huán)系統(tǒng)在簡化系統(tǒng)設備、提高系統(tǒng)安全性的同時，也存在運行工況復雜、載熱能力低、易出現兩相不穩(wěn)定流動等問題。因此，對于一套新的自然循環(huán)系統(tǒng)，在其工程應用之前需要對其展開大量實驗以及計算研究。其中，RELAP5程序作為反應堆熱工水力最佳估算程序，在電廠事故及強迫循環(huán)熱工系統(tǒng)計算中取得了滿意的成果，但其計算低壓自然循環(huán)

2、系統(tǒng)瞬態(tài)特性的能力一直存在爭議。鑒于此，本文對兩套開式低壓自然循環(huán)系統(tǒng)進行了RELAP5程序建模計算，利用實驗數據對程序計算低壓自然循環(huán)系統(tǒng)流動的適用性進行了評估。
　　首先，采用RELAP5程序對兩套系統(tǒng)建立模型，并對模型進行敏感性分析發(fā)現，換熱段邊界條件的選取會對系統(tǒng)流動計算結果產生較大影響。由于兩套實驗系統(tǒng)換熱段管外采用蒸汽（蒸汽-空氣）加熱，涉及冷凝換熱過程，因此利用實驗數據對 RELAP5程序中冷凝模型的準確性進行了驗證

3、。結果表明，在純蒸汽冷凝工況下，RELAP5程序能夠較準確地預測管外冷凝換熱系數hc， hc與實驗值偏差在4％-11.7%之間；而在蒸汽-空氣冷凝條件下，RELAP5程序計算兩組工況下的冷凝換熱系數與換熱量偏低， hc與實驗值偏差范圍為74%-96%和67%-94%，并且偏差隨著空氣含量增加而增大，而經Dehbi經驗公式計算所得管外冷凝換熱系數與實驗值符合較好，兩組工況下偏差分別為5%-25%和13%-30%。
　　基于所建模型，

4、對系統(tǒng)1和系統(tǒng)2內單相及兩相流動工況進行了計算，通過與實驗數據對比發(fā)現，程序能夠對兩系統(tǒng)內的單相流動做出較為準確的模擬。與實驗值相比，在入口溫度一定時，出口溫度偏差小于3%，質量流量偏差分別為±16%和±5%；兩相流動工況下，RELAP5程序能夠對系統(tǒng)內過冷沸騰流動不穩(wěn)定流動、沸騰耦合閃蒸不穩(wěn)定流動及純閃蒸不穩(wěn)定流動等工況進行模擬，流動振蕩周期符合較好，質量流量與實驗值偏差均在合理范圍內。間歇泉不穩(wěn)定流動工況下，程序計算兩組工況下系統(tǒng)質

5、量流量與實驗值偏差較大，主要與程序低估了換熱管外冷凝換熱系數有關。另外，對系統(tǒng)1內不同功率下流動演變過程進行了計算，通過與實驗結果對比發(fā)現，程序能夠準確給出系統(tǒng)流動不穩(wěn)定邊界。
　　在完成對系統(tǒng)流動驗證的基礎上，采用RELAP5程序對低壓自然循環(huán)系統(tǒng)運行特性進行了分析，包括注氣過程（單相注氣，兩相不穩(wěn)定階段注氣和兩相穩(wěn)定階段注氣）影響、系統(tǒng)壓力變化以及加熱功率變化影響。分析計算結果發(fā)現，上升段內注氣過程能夠有效提高單相流動階段系統(tǒng)